挑战神威太湖之光，日本超级电脑有什么独到之处？

在中国神威太湖之光率先将性能冲到 100P 后，日本也按捺不住了，日本富士通发布了要建 1000P 超级电脑的 PPT，而且还引 ARM 为外援。也许有人会问，能成吗？

其实，日本在超级电脑上的技术实力并不差，而且还曾经有过京这样曾经雄踞 TOP500 榜首的大机器，虽然在 TOP500 上被后来者超越，但在 Graph500 上依旧雄踞榜首。只是日本经济持续低迷和时运不济，日本超算逐步被中国和美国拉出了距离。

日本超算京才是世界第一？

就在神威太湖之光在 TOP500 荣登榜首之际，日本经济新闻报导，“神威太湖之光虽然排名比较靠前，但其适合的领域有限，对于用户而言是比较难用的机器”，日本很多相关人士表示，“超级电脑要有用才行”。

日本东京工业大学教授松冈聪说：“京与神威背后的设计思想有很大的不同，京是透过扩充大量内存，可广泛应对各种现实运算的超级电脑。在 500 强中速度虽然仅为神威的九分之一，但京即使面对复杂的运算也不容易减速。神威虽然排名比较前面，但被认为其适合的领域有限。”

松冈表示神威对于用户而言是比较难用的机器，这点不可否认。

为此，笔者咨询了业内专家，他认为松冈说的有一定道理，并表态：

“客观地说，如果我自己出钱买的话，我选择京。”

也有业内专家表示：

“毕竟异构众核是大趋势……从计算性能上看，神威太湖之光依然是世界第一。”

京有什么独到之处？

虽然京在 Linpack 性能上大约是神威太湖之光的九分之一，尽管日本目前并没有建设出能与天河 2 号、神威太湖之光相匹敌的超级电脑，但就京本身而言，还是有其独到之处的。

2016 年 7 月，在 Graph500 排行榜上，京连续第三次夺得冠军──

在测试中京用 0.45 秒时间成功解开了由大约 1 万亿个根节点及 16 万亿个分支节点组成的大规模图表广度优先搜索问题。基准测试得分为 38621GTEPS。排名第二的是中国的神威太湖之光，成绩为 23756GTEPS；排名第三的是美国的红杉，为 23751GTEPS，排名第四的是美国米拉，14982GTEPS。什么是 Graph500 呢？其实，除了强调 Linpack 性能的 TOP500，还有强调内存频宽和延迟的 Graph500，和强调节能环保的 Green500。

Graph500 对全系统的内存频宽和内存延迟有很高的要求，而计算能力本身已经不影响测试结果了，这种测试偏向于访存密集型运算，在大数据分析以及大规模图表分析等场景下比较有意义。

近年来，有观点认为 Linpack 测试已经过时了，TOP500 创始人之一的田纳西大学教授 Jack Dongarra 就提出了 HPCG 测试，与 Linpack 关注线性方程的计算性能不同，HPCG 更加看中整体性能的平衡，能代表了共轭梯度迭代法的一类应用的计算和通讯特征，但也仅仅代表了某一个方面的特征，并不能涵盖超级电脑的特征。如果计算性能和通讯不是一个量级的，即便两项指标分开看都很强，但也会导致 HPCG 偏低的结果。截至目前，HPCG 还没有被业界广泛接受。

在 HPCG 测试中，京的表现也不错，仅次于天河 2 号，成绩为 554.4TFLOPS，天河 2 号的成绩为 580TLFOPS，名列第三的神威太湖之光 HPCG 性能是 371.2TFLOPS。如果用代表运算实际效率的 HPCG/HPL 这项指标看，天河 2 号的 HPCG/HPL 参数为 1.1%，神威太湖之光的 HPCG/HPL 参数为 0.4%，而京的 HPCG/HPL 参数为 4.9% 。HPCG 更看重综合性能，要求计算性能、内存频宽、延迟等指标兼顾，一旦出现某项性能特别强的情况，也就是出现偏科的情况，即便几项指标都不差，也会出现 HPCG 运算速度偏低的情况。

计算和通讯的不平衡导致 HPCG/HPL 偏低

神威太湖之光 HPCG/HPL 偏低的原因，就在于计算性能和通讯等要素之间的不平衡程度较高──神威太湖之光之所以能在 TOP500 排名第一、Green500 排名第三、在 Linpack 浮点性能 93PFLOPS、Linpack 效率高达 74.16% 的情况下，性能功耗比达到 6G/W，做到了兼顾计算性能和节能环保，而且这还是在处理器的制程落后 Intel 两代，采用 28nm 制程的情况下做到的，原因就在于借助大量处理器并行来提高运算速度，同时透过降低耗电极大的储存器性能来削减能耗，这会加重综合性能上的不平衡──这种不平衡并非是计算性能差，或者网络差──在计算性能上神威太湖之光是顶级的，在网络方面，神威太湖之光只是主流水平，还称不上顶级的网络正是因为计算和通讯上的不平衡，导致神威太湖之光 HPCG/HPL 参数偏低。

而京在这项参数上之所以高，就是因为虽然在计算性能和通讯并非顶级水平，但因为计算性能和通讯属于一个量级，加上属于同构超级电脑的因素，所以 HPCG/HPL 参数会比较高。

这两个测试的意义在于说明了京的易用性较好，而且透过扩充大量内存，可广泛应对各种现实运算，具有较广的应用面，而且在计算性能和通讯上做的非常均衡。相比之下，神威太湖之光就属于各方面性能都不错，但计算性能特别强悍的类型，在均衡性上是不如京的。但这并不意味着神威太湖之光就不如一台几年前的大机器，实际上，在绝对性能和在神威太湖之光所擅长的应用上，京是无法企及的。

日本下一代超级电脑会是什么样？

在德国法兰克福举办的国际超级电脑大会上，日本富士通公司透露它的下一代超级电脑 Post-K 将使用 ARMv8 架构，根据富士通公布的计划 Post-K 计划在 2020 年推出，计划应用性能是 K 的 100 倍，也就是性能将达到 1000 PFLOPS，换言之就是神威太湖之光性能的 10 倍。

另外，富士通还公布了可以用于建设 100P 超级电脑的技术储备──SPARC64 XIfx 处理器，该款处理器有 32 个核心用于计算，2 核心用于运行 OS 服务，有点类似于 BlueGene/Q，采用 20nm 制程，双精浮点性能超过 1TFlops。至于日本能不能将技术图纸变成现实，只能有时间来检验了。

（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：By Haruhiko Okumura from Tsu, Japan (京の全貌) [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons）

延伸阅读：

• 日本将打造世界最快超级电脑

如需获取更多资讯，请关注微信公众账号：半导体行业观察